Escalando o silício 28 para chips de qubit de silício convencionais
A transição para a produção em massa de chips de qubit de spin baseados em ²⁸si envolve alavancar a infraestrutura de semicondutores existentes (por exemplo, CMOS Fabs da Intel ou TSMC) enquanto enfrenta desafios específicos de isótopos. A produção em massa nos níveis eletrônicos de consumo exigiria capacidades nas centenas de kg a toneladas anualmente do silício enriquecido 28. A produção precisa ser ampliada em pelo menos 100 vezes e custos por quilograma para cair mais de 10 vezes (10% ou menos dos custos atuais). Aqui está o que está envolvido na expansão desta produção. Escala Capacidade de enriquecimento: Crie instalações adicionais usando métodos como ASP (difusão gasosa com diretores de fluxo), enriquecimento quântico (separação baseada em laser) ou enriquecimento centrífugo. As plantas atuais (por exemplo, 80 kg/ano da ASP) precisam de expansão para toneladas/ano para o fornecimento global. A diversificação dos fornecedores para mitigar os riscos (por exemplo, geopolítica que afeta as fontes russas) asp isótopos iniciou a produção comercial de silício-28 no final de março de 2025 e enriqueceu com sucesso grandes quantidades de produto intermediário para 99%. A empresa espera enviar produtos comerciais acabados enriquecidos para pelo menos 99,995% para seus primeiros clientes em agosto de 2025. Com base nos três primeiros meses de produção comercial, a empresa acredita quilogramas. Essa expansão adicional de capacidade custa aproximadamente US $ 4 milhões em investimento em ativos fixos, que foi incorrido durante o 2H 2024 e o trimestre de 2025. Os isótopos ASP são negociados publicamente e têm um valor de mercado atual de pouco menos de US $ 1 bilhão. Desenvolva a cadeia de suprimentos para precursores: converta ²⁸si enriquecido em formas utilizáveis como gás silane (SIH₄) para CVD. Garanta a pureza durante a conversão para evitar reintrodução de impurezas. Os contratos de longo prazo seguros, como visto nos acordos de escala de quilograma da ASP. Integrar nos processos de fabricação: use linhas compatíveis com CMOS de 300 mm para pontos quânticos definidos por gate ou spin qubits. Crescer interfaces ²⁸si/²⁸sio₂ via CVD, depois padrão com litografia. Alcance operação criogênica (perto de 0 K) com defeitos mínimos. Empresas como Semiqon e Intel estão demonstrando isso em pequenas escalas. Invista em P&D para rendimentos mais altos, testes automatizados e integração de correção de erros. Menores custos de enriquecimento através do volume (alvo < $1,000/kg). Ensure sustainability, as quantum fabs require ultra-pure, cryogenic environments. Regulatory approvals for nuclear-related isotopes may be needed.
Enriched silicon-28 (²⁸Si) is critical for large-scale production of silicon spin qubit chips in quantum computing because it minimizes quantum decoherence caused by the nuclear spin of silicon-29 (²⁹Si), which comprises about 4.7% of natural silicon. High-purity ²⁸Si (typically >99,9% de enriquecimento) permite tempos de coerência de qubit mais longos, maior fidelidade e integração mais densa de qubits, tornando essencial para escalar além de pequenos protótipos em direção a sistemas de milhão de quits. O silício natural é ~ 92% ²⁸si, mas as aplicações quânticas requerem depleção de ²⁹si para níveis tão baixos quanto 50-800 partes por milhão (ppm) ou melhor para reduzir o ruído e suportar qubits lógicos corrigidos por erros. A produção global de ²⁸si altamente enriquecida ainda está emergindo e se concentra em P&D e necessidades comerciais iniciais, com capacidades nas dezenas a centenas de quilogramas por ano. Isso é suficiente para prototipagem e fabricação de chips quânticos em pequena escala, mas precisaria de expansão para a produção em massa generalizada. Os principais detalhes incluem: Outras fontes incluem fornecedores em escala de pesquisa como o NIST (EUA), que produziu ²⁸si ultra-pura a> 99,9999% (seis nove) para uso experimental, mas não em volumes comerciais. Fornecedores históricos como o Isotope JSC da Rússia forneceram material para as demos qubit precoce, mas questões geopolíticas limitam o acesso. Métodos emergentes, como implante de feixe de íons focados ou deposição de vapor químico (DCV) de precursores enriquecidos, permitem o enriquecimento local em bolachas sem produção a granel. Os chips quânticos usam finas camadas epitaxiais de ²⁸si enriquecidas (normalmente 100 nm a 1 µm de espessura) cultivadas em substratos padrão de silício via CVD. Para uma bolacha de 300 mm (padrão da indústria para escalabilidade), a massa de ²⁸si enriquecida é mínima: aproximadamente 0,016 g para uma camada de 100 nm ou 0,165 g por 1 µm (com base na densidade de silício de 2,33 g/cm³ e na área de bolacha de ~ 707 cm²). Uma única bolacha pode produzir dezenas a centenas de chips quânticos, cada um potencialmente hospedando milhares a milhões de qubits (por exemplo, até 10⁶ qubits em uma área de 100 µm² com projetos avançados). Thus, 1 kg of enriched ²⁸Si could support thousands of wafers or millions of chips, making current production scales adequate for R&D and pilot manufacturing but insufficient for hypothetical consumer-level mass production (eg, billions of chips) Current prices for 99.99% enriched ²⁸Si range from $10,000 to $30,000 per kg, driven by low-volume production. Isso é viável para P&D quântico, mas deve cair significativamente (por exemplo, através de economias de escala) para adoção mais ampla. Brian Wang é um líder de pensamento futurista e um blogueiro de ciências popular com 1 milhão de leitores por mês. Seu blog NextBigfuture.com está classificado como #1 Blog de notícias de ciências. Abrange muitas tecnologias e tendências disruptivas, incluindo espaço, robótica, inteligência artificial, medicina, biotecnologia antienvelhecimento e nanotecnologia. Conhecida por identificar tecnologias de ponta, ele atualmente é co-fundador de uma startup e angariador de fundos para empresas em estágio inicial de alto potencial. Ele é o chefe de pesquisa de alocações para investimentos em tecnologia profunda e um investidor anjo da Space Angels. Um orador frequente das empresas, ele foi um orador do TEDX, um orador da Universidade de Singularidade e convidado em inúmeras entrevistas para rádio e podcasts. Ele está aberto a falar em público e aconselhar compromissos.
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